Nuevos conocimientos sobre el sistema inmunitario bacteriano
Las proteínas de organización del ADN también pueden defenderse de los plásmidos
Un equipo de investigadores de la Universidad de Kiel describe un mecanismo de defensa desconocido en las bacterias que evita selectivamente la información genética extraña y potencialmente dañina.
Prof. Marc Bramkamp
Desde la pandemia de coronavirus, la adaptabilidad evolutiva especialmente rápida de microorganismos como bacterias o virus ha saltado a la palestra pública. Por ejemplo, cuando los virus desarrollan la capacidad de infectar nuevos organismos huéspedes o las bacterias desarrollan resistencia a los antibióticos, la absorción de nueva información genética de otros microorganismos les permite expresar rápidamente rasgos evolutivamente ventajosos. Las bacterias, por ejemplo, captan ADN extraño mediante un proceso denominado transferencia horizontal de genes, que es mucho más rápido que la herencia vertical de generación en generación.
Sin embargo, todo organismo vivo también se enfrenta a riesgos al absorber información genética ajena, ya que podría resultar peligroso si, por ejemplo, se dañaran genes importantes al integrarse en su propio cromosoma, lo que provocaría desventajas importantes para el organismo en su conjunto. Por ello, las bacterias han desarrollado numerosos mecanismos que las protegen de la absorción de ADN nocivo. Muchos de los procesos moleculares implicados se descubrieron en los últimos años, lo que llevó a acuñar recientemente el término "sistema inmunitario bacteriano". Ahora, un equipo del Grupo de Bioquímica Microbiana y Biología Celular del Instituto de Microbiología General de la Universidad de Kiel ha dilucidado la función de un nuevo mecanismo de defensa que puede identificar y, en caso necesario, romper ciertas estructuras de ADN independientes y móviles llamadas plásmidos en células bacterianas, distinguiendo al mismo tiempo entre información genética útil y perjudicial. Utilizando como ejemplo la bacteria Corynebacterium glutamicum, los investigadores demostraron que el llamado sistema de proteínas Mks tiene un elemento adicional que puede unirse al ADN plasmídico y cortarlo. Los científicos de Kiel, dirigidos por el profesor Marc Bramkamp, publicaron sus nuevos resultados en la prestigiosa revista Nucleic Acids Research el 7 de marzo.
Las proteínas que organizan el ADN también pueden defenderse de los plásmidos
Los plásmidos son pequeñas moléculas de ADN de doble cadena, normalmente en forma de anillo, que pueden replicarse independientemente del cromosoma en su célula huésped. Desempeñan un importante papel en la ecología y evolución de las bacterias, ya que son un importante vehículo de transferencia lateral de genes, permitiendo la rápida transferencia de información genética y, por tanto, la expresión de ventajas de selección. En principio, todas las bacterias pueden intercambiar plásmidos entre sí, incluso entre especies. Esto ocurre directamente de bacteria a bacteria a través de un mecanismo de transferencia conocido como conjugación. Tanto los plásmidos ventajosos como los desventajosos utilizan estos puentes entre células bacterianas para pasar de una bacteria a otra.
"Hasta ahora se ha investigado poco la forma en que el organismo bacteriano se enfrenta al ADN extraño de los plásmidos recién transferidos", señala Manuela Weiß, estudiante de doctorado del grupo de investigación de Bramkamp. "En investigaciones anteriores, hemos investigado sistemas que, en general, intervienen en la organización del ADN en las células bacterianas y, entre otras cosas, aseguran el empaquetamiento de la información genética en la forma comprimida de los cromosomas", prosigue Weiß. En este contexto, el equipo de investigación obtuvo indicios iniciales de que C. glutamicum posee dos sistemas de este tipo, uno de los cuales no interviene en la organización del cromosoma, pero puede impedir la multiplicación de determinados plásmidos, aunque hasta ahora se desconocía el mecanismo responsable de ello.
Ahora, los investigadores de Kiel, junto con expertos dirigidos por la Dra. Anne Marie Wehenkel, del Instituto Pasteur de París, han descubierto las tijeras de ADN del sistema Mks en un estudio estructural. "Hemos podido demostrar experimentalmente que esta nueva subunidad del sistema Mks forma una proteína específica, una denominada nucleasa, que puede cortar el ADN. Este elemento tiene la tarea de degradar los plásmidos para mantener el ADN dañino alejado de la célula bacteriana, mientras que los demás componentes del sistema Mks son importantes para el reconocimiento del ADN plasmídico", resume Weiß.
Distinguir entre plásmidos útiles y dañinos
A continuación, los investigadores siguieron con la observación de que el sistema Mks aparentemente sólo degrada determinados plásmidos y que, por tanto, debe estar vinculado a un mecanismo de selección. Una ventaja importante en este caso es que el grupo de investigación de Bramkamp trabaja con la bacteria C. glutamicum, un organismo que posee naturalmente este sistema. Por tanto, sus funciones pueden estudiarse in vivo sin alterar sus propiedades biológicas celulares transfiriéndolas a un sistema modelo. "Las bacterias utilizan ciertos plásmidos como fuente de información genética nueva, no inmediatamente vital. Por tanto, es obvio que un mecanismo de defensa debe ser selectivo y no destruir todos los plásmidos", subraya Bramkamp. "Pudimos demostrar que en C. glutamicum existe efectivamente una selección dirigida en función de la información genética beneficiosa y perjudicial. Cuando desactivamos artificialmente el sistema Mks y, por tanto, todos los plásmidos permanecieron en las células bacterianas, se evidenciaron efectos perjudiciales para la célula, posiblemente desencadenados por el estrés del ADN. Sin embargo, éstos no se producían cuando el mecanismo de defensa estaba activo", prosigue Bramkamp.
Con el trabajo actual, los investigadores de Kiel presentan nuevos hallazgos importantes sobre el sistema inmunitario bacteriano en general, que amplían la comprensión de los plásmidos como mediadores de información genética no sólo beneficiosa, sino también perjudicial. En el futuro, quieren investigar qué mecanismos moleculares permiten a las células bacterianas diferenciar entre ADN móvil "bueno" y "malo". Los nuevos resultados no sólo son importantes para la comprensión general de la organización y reproducción de la vida bacteriana. La investigación cada vez más precisa del sistema inmunitario bacteriano también podría ayudar a afrontar mejor los retos aplicados y, por ejemplo, a modelizar y predecir mejor la evolución de la resistencia a los antibióticos en determinadas poblaciones bacterianas en el futuro, adelanta Bramkamp.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Manuela Weiß, Giacomo Giacomelli, Mathilde Ben Assaya, Finja Grundt, Ahmed Haouz, Feng Peng, Stéphanie Petrella, Anne Marie Wehenkel and Marc Bramkamp (2023): The MksG nuclease is the executing part of the bacterial plasmid defense system MksBEFG. Nucleic Acids Research First published: 07 March 2023
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